Un punto di svolta è una soglia critica alla quale un sistema dinamico subisce una trasformazione irreversibile, tipicamente a causa di un piccolo cambiamento negli input o nei parametri. Questo concetto è molto ampio e può riferirsi all'estinzione di una specie animale o vegetale, l'esaurimento di una fonte d'acqua, o il collasso finanziario di un'istituzione, tra molti altri fenomeni naturali e sociali.
Simulazioni numeriche di punti critici di Everton Santos Medeiros, un ricercatore presso l'Istituto di Fisica dell'Università di San Paolo (IF-USP) in Brasile, fornire una migliore comprensione delle caratteristiche di questo punto di non ritorno e di cosa succede a un sistema dopo il suo verificarsi. Lo studio è stato pubblicato su Rapporti scientifici .
"Oceanico, atmosferico, ecologico, sistemi economici e di altro tipo possono subire transizioni di questo tipo, " Medeiros ha detto ad Agência FAPESP. "I parametri del sistema cambiano gradualmente fino a raggiungere un limite al quale un piccolo cambiamento provoca una transizione brusca e irreversibile. Il concetto di punto critico è ben noto in letteratura. Il nostro studio si proponeva di indagare su ciò che accade poco dopo questa transizione critica".
Medeiros ha progettato un sistema dinamico ciclico generico per modellare questo tipo di transizione. Scelse un sistema ciclico perché la maggior parte dei fenomeni naturali sono ciclici in risposta a forzature periodiche, come le differenze di luce solare associate alle stagioni dell'anno.
"Da qui la nostra preferenza per un generico sistema dinamico ciclico che potrebbe essere descritto da una semplice equazione differenziale, " Ha spiegato Medeiros. "Le nostre simulazioni numeriche hanno variato i parametri dell'equazione fino a raggiungere un punto critico definito dall'eliminazione del comportamento che hanno descritto".
Professore Iberê Luiz Caldas, coautore dell'articolo, ha fatto un'importante distinzione:"Il nostro studio non si concentra su sistemi dinamici complessi, ma su semplici sistemi dinamici che possono mostrare comportamenti complessi, cioè., sistemi dinamici descritti da equazioni differenziali non lineari che hanno soluzioni complesse." Questi sistemi furono studiati dal grande fisico francese, matematico e filosofo Henri Poincaré (1854-1912).
L'isteresi è una caratteristica chiave delle transizioni classificate come punti di non ritorno:una volta raggiunta la soglia critica e il regime dinamico viene bruscamente distrutto, il regime non può essere ripristinato semplicemente invertendo la tendenza che ha causato il crollo. L'estinzione di una specie animale, l'esaurimento di un serbatoio d'acqua e lo scongelamento di un ghiacciaio seguono tutti questo tipo di schema isteretico in cui si produce un danno irreversibile quando viene raggiunto il punto di non ritorno.
"Ma ciò che il nostro studio ha mostrato, e questo è il suo contributo principale, è che per certi fenomeni ciclici, la dinamica del sistema dura per un certo tempo dopo il punto di non ritorno, e questa persistenza può mascherare la transizione stessa, " Ha detto Medeiros. "Prendi una specie in via di estinzione, Per esempio. Potrebbe aver superato il punto di non ritorno ed essere irreversibilmente condannato. Tuttavia, i singoli membri della specie continuano ad esistere e a riprodursi in natura. Questo effetto transitorio nasconde il fatto che a lungo andare, la specie è già estinta. Nel nostro studio, tramite simulazione numerica, siamo riusciti a osservare questo effetto transitorio seguendo la singolarità che configura un punto di non ritorno".
Così, i fondamenti di un fenomeno cambiano irreversibilmente al punto di non ritorno, ma per una sorta di "effetto residuo" il processo sembra conservare per un certo tempo le sue caratteristiche originarie, mascherare la trasformazione avvenuta.
"A causa dell'effetto transitorio, il cambiamento isteretico viene scambiato per un cambiamento graduale che può essere facilmente corretto. La transizione può sembrare fluida, ma in realtà può essere critica. In questo caso, eliminare la causa non è sufficiente per invertire il collasso del sistema, " ha detto Medeiros.
"È difficile sapere nelle situazioni della vita reale se è stato raggiunto o meno un punto di svolta, " ha detto Caldas. "Per esempio, può essere riabilitata la foresta pluviale atlantica tra San Paolo e Santos, oppure è irrimediabilmente persa? C'è ancora molta vegetazione nella zona, così si ha l'impressione che possa essere ripristinato con iniziative in grado di rimediare al danno fatto. Ma è così? La vegetazione rimanente non è solo un effetto transitorio, in modo che il crollo della foresta in quella regione non possa essere invertito? Una lezione da trarre dal nostro studio è che occorre prestare molta attenzione quando compaiono sintomi di deterioramento. Non tutti i deterioramenti possono essere invertiti".
